線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群
p
進簡約群 構造
今野 拓也 [email protected] http://knmac.math.kyushu-u.ac.jp/konno/ 九州大学大学院数理学研究院 第 21 回整数論 「p 進簡約群 表現論入門」線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 基本概念 Lie 環 冪単群 可解群
線型代数群
F ; 標数 0 体 G ; 線型代数群 /F def ⇐⇒ ∃ F [G] ; 被約有限生成可換 F 代数G : AlgF $ R %−→ HomF-alg(F [G], R) ∈ Gp 関手 F ; 標数 0 体
G ; 線型代数群 /F
def
⇐⇒ ∃F [G] ; 被約有限生成可換 F 代数 & Hopf 代数
G : AlgF $ R %−→ HomF-alg(F [G], R) ∈ Gp 関手
f : G → H ; 線型代数群 /F 準同型 ⇐⇒ 自然変換 ←→ fdef ! : F [H] → F [G] ; Hopf 射 f : G !→ H ; 埋 込 ⇐⇒ fdef ! ; 全射
f : G ! H ; 全射 ⇐⇒ fdef ! ; 単射
例 1
1 GLn : AlgF $ R %−→ Mn(R)× ∈ Gp, F [GLn] = F [(xi,j), y]/(det(xi,j)y − 1). 2 det : GLn → Gm := GL1 全射.
(det! : F [G
線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 基本概念 Lie 環 冪単群 可解群
係数 操作
E/F ; 体拡大,G ; 線型代数群 /F E 係数拡大 GE : AlgE $ R %−→ G(R) ∈ Gp E/F ; 有限次拡大,G ; 線型代数群 /E Weil 係数制限RE/FG : AlgF $ R %−→ G(E ⊗F R) ∈ Gp
例 2
E/F ; 二次拡大,Gal(E/F ) = +σ,, G ; 線型代数群 /F, G˜ := RE/F(GE). σG : ˜G(R) = G(E ⊗F R) G(σ⊗idR) −→ G(R)˜ F 自己同型 α : E ⊗F E → E∼ ⊕2 s.t. [E = E ⊗F F !→ E ⊗F E α → E⊕2] = [z %→ (z, σ(z))] !=⇒ αG : ˜GE(R) = G(E ⊗F R) = G(E ⊗F E ⊗E R) G(α⊗idR) ∼ −→ G(E⊕2 ⊗E R) = (GE × GE)(R) E 同型 αG(σG)(g1, g2) =(g2, g1)
線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 基本概念 Lie 環 冪単群 可解群
連結成分
G ; F 線型代数群. ∃ π0(F [G]) ⊂ F [G] ; 最大 F 代数 部分 Hopf 代数 . π0(G) ; 有限線型代数群 s.t. F [π0(G)] = π0(F [G]) (連結成分 群) G −→ π全射 0(G) ←→ π0(F [G]) !→ F [G]. G0 := ker[G ! π0(G)] ; 連結線型代数群 (G 単位成分)線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 基本概念 Lie 環 冪単群 可解群
Jordan
分解
(ρ, V ) ; G 有理表現 ⇐⇒ V ; 有限次元 Fdef 空間,ρ : G → GLV ; 準同型 命題 1 (Jordan 分解) (i) ∀g ∈ GLn(F ), ∃!gs, gu ∈ GLn(F ) s.t. gs ; 半単純 gu ; 冪単 (⇔ gu − 1n 冪零); g = gsgu = gugs. (ii) G ; 線型代数群 /F . ∀g ∈ G(F ), ∃!gs, gu ∈ G(F ) s.t. g = gsgu = gugs; ∀ρ : G → GLV 有理表現, ρ(gs) = ρ(g)s, ρ(gu) = ρ(g)u. g ∈ G(F ) 半単純 ⇐⇒ g = gdef s. g ∈ G(F ) 冪単 ⇐⇒ g = gdef u.線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 基本概念 Lie 環 冪単群 可解群
Lie
環
f ∈ F [G], x ∈ G(F ) = HomF-alg(F [G], F ), f (x) := x(f ) ∈ F . L(g)f (x) := f (g−1x), R(g)f (x) := f (xg), g ∈ G(F ), f ∈ F [G]. DerF(F [G]) := {X ∈ EndF(F [G]) | X(fg) = X(f)g + fX(g)}, [X, Y ] := X ◦ Y − Y ◦ X F-Lie 環 g(F ) := {X ∈ DerF(F [G]) | L(g) ◦ X ◦ L(g−1) = X, g ∈ G(F )}, Ad : G −→ GL(g) 随伴表現,defined by Ad(g)X = R(g) ◦ X ◦ R(g−1). 例 3 G = GLn , Mn(F ) $ X %−→Ä
f ((xi,j)) %→ d dtf ((xi,j)(1 + tX))!!
!
t=0ä
∈ DerF(F [GLn]) Mn(F ) → gl∼ n(F ) 与 . [X, Y ] = XY − Y X, Ad(g)X = gXg−1.線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 基本概念 Lie 環 冪単群 可解群 X(G) := Hom(G,Gm) ; 指標群,有限生成 群. 例 4 Z $ n " %−→ [g %→ (det g)n] ∈ X(GLn) ; 同型. G 対角化可能 ⇐⇒ X(G)def F [G] 生成 ⇐⇒ X(G) 2 Z⊕r ⊕
"
si=1 Z/diZ G(R) 2 Hom(X(G), R×) 2 Gm(R)r × s#
i=1 µdi(R). G 乗法型 ⇐⇒ Gdef F¯ 対角化可能 X∗(G) := X(GF¯) Γ := Gal( ¯F /F ) ! X∗(G) 決 . T ⇐⇒ 乗法型 連結 i.e., Gdef F¯ 2 Grm. ˆ T = X∗(T ) ⊗ C× Γ ρ! ˆT T 決 . ∃! AT ⊂ T ; 部分 s.t. X(AT) = X∗(AT) = X∗(T )Γ,free. (分裂成分)線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 基本概念 Lie 環 冪単群 可解群
冪単群 可解群
U ; 線型代数群 /F 冪単 ⇐⇒ 任意 有理表現 (ρ, V )def 単位表現 含 . ⇐⇒ GL(V ) ∃ ∼ → GLn s.t. ρ(U) ⊂
Ñ
1 ∗ ... 1é
命題 2 1 G ; 線型代数群 /F 最大 正規冪単部分群 UG 持 (G 冪単根基). G 簡約 ⇐⇒ Udef G = 1. 2 ∃L ⊂ G ; 簡約部分群 (Levi 成分) s.t. G = L " UG (Levi 分解). ∃ D(G) = Gder := G/N 最小 N & G. (G 導来群) G 可解 ⇐⇒ Ddef n(G) = 1, ∃n 5 0. D1(G) := D(G), Dn(G) := D(Dn−1(G)), n > 1.線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 Borel 部分群 分裂
Borel
部分群
F = ¯F 代数閉体 . G ; 線型代数群 /F = ¯F B ⊂ G Borel 部分群 ⇐⇒ 極大連結可解部分群def 定理 3 1 ∀B, B' ⊂ G ; Borel 部分群 !=⇒ B' = Ad(g)B := gBg−1, ∃g ∈ G( ¯F ), NG(B) = B. 2 G =*
B; Borel 部分群 B. 3 ∀T ⊂ G ; 極大 ,T ⊂ ∃B ⊂ G ; Borel 部分群.NB(T ) = T, B = T " UB. 4 Ω(T ) = ΩG(T ) := NG(T )/T ; T Weyl 群 (有限鏡映群) Ω(T ) $ w %−→ w(B) := Ad( ˙w)B ∈ {B' ; Borel 部分群 | B' ⊃ T } ˙ w ∈ NG(T ) w 代表元.線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 Borel 部分群 分裂 G ; 連結 簡約線型代数群 /F = ¯F
(B, T ) ; Borel 対 i.e., B ⊂ G Borel 部分群,T ⊂ B 極大 .
R(G, T ) := {α 7= 0, ∈ X∗(T ) | α !→ (Ad|T, g)} ; T 集合 gα := {X ∈ g | Ad(t)X = α(t)X, t ∈ T }, α ∈ R(G, T ). R(B, T ) := {α ∈ R(G, T ) | gα ⊂ b := LieB)} ; B 正 集合 ∆(B, T ) := {α ∈ R(B, T ) | R(B, T ) 複数 元 和 書 } ; B 単純 集合 spl = (B, T,{Xα}α∈∆(B,T )) G 分裂 def ⇐⇒ Xα 7= 0, ∈ gα( ¯F ). 命題 4 G 随伴群 Gad( ¯F ) := (G/ZG)( ¯F ) 2 Int(G)( ¯F ) G 分裂 集合 単純推移 的 作用 .
線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 Borel 部分群 分裂 α ∈ R(G, T ). Gα := [ZG(kerα)0 導来群 ] !=⇒ gα 2 sl2 ∃! α∨∈ X∗(T ) := Hom(Gm, T ) (α ) s.t. +α, α∨, = 2, i.e., α ◦ α∨(x) = x2; imα∨ ⊂ T ∩ Gα. ∆∨(B, T ) := {α∨ | α ∈ ∆(B, T )} RD(spl) := (X∗(T ), ∆(B, T ), X∗(T ), ∆∨(B, T )), RD(G) = (X∗, ∆, X∗, ∆∨) := lim ←− spl RD(spl). 命題 4 補題 5 RD(G) 基底付 . + , , : X∗ ⊗ X∗ → Z 標準双対性 1 spanR∆, spanR∆∨ + , , 互 双対空間. 2 (∆, ∆∨) + , , 被約 系 生成 .
線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 Borel 部分群 分裂
Chevalley
定理
定理 6 (Chevalley) 次 全単射:+
連結簡約線型代数群 / ¯F 同型類,
$ G %−→ RD(G) ∈+
基底付 同型類,
∃! Gˆ = ˆG(C) ; 連結簡約線型代数群 /C s.t. RD( ˆG) = RD(G)∨ := (X∗, ∆∨, X∗, ∆). (G Langlands 双対群)線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 Borel 部分群 分裂 例 5 Bn ⊂ GLn ; 上三角元 Borel 部分群,Tn ⊂ Bn ; 対角元 極大 ,
Ä
X∗(Tn) = n -i=1 Z'i, X∗(Tn) = n -i=1 Z'∨ iä
# Sn = Ω(Tn) 'i(diag(t1, . . . , tn)) = ti, '∨i (t) = diag(1, . . . , i ∨ t , . . . , 1).Ad(diag(t1, . . . , tn)) (xi,j)i,j =
.
tit−1j xi,j/
i,j R(GLn, Tn) = {'i − 'j | 1 ≤ i 7= j ≤ n}, ('i − 'j)∨ = '∨i − '∨j , R(Bn, Tn) = {'i − 'j | 1 ≤ i < j ≤ n}, ∆(Bn, Tn) = {αi := 'i − 'i+1 | 1 ≤ i ≤ n − 1}.特 RD(GLn) =
Ä"
ni=1 Z'i,{'i − 'i+1},"
ni=1 Z'∨i ,{'∨i − '∨i+1}ä
0
線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理
放物型部分群
G ; 連結簡約線型代数群 /F ; 標数 0 非 局所体 P ⊂ G 放物型部分群 ⇐⇒ G/Pdef 射影多様体 ⇐⇒ PF¯ ⊃ ∃B ; GF¯ Borel 部分群M ⊂ G Levi 部分群 ⇐⇒def 放物型部分群 Levi 成分
命題 7 1 P ⊂ G ; 放物型部分群 !=⇒ NG(P ) = P. 2 P0, P0' ⊂ G ; 極小放物型部分群 !=⇒ P0' = Ad(g)P0, ∃g ∈ G(F ). 注意 P0 ∈ P(M0) 取 , F(P0) := {P ∈ F | P ⊃ P0} 放物型部分群 G(F ) 共役類 代表系 M0 ⊂ G ; 極小 Levi 部分群 固定. F = F(M0) := {P ⊂ G 放物型部分群 | P ⊃ M0} L = L(M0) := {M ⊂ G Levi 部分群 | M ⊃ M0}
線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理
例:準分裂
群
例 6 E/F ; 二次拡大,Gal(E/F ) = +σ,. ˜ G = ˜Gn := RE/F(GLn,E). σGLn 例 2 例 2 通 ,ε = εn := RE/F(θn)◦ σGLn ∈ Aut( ˜G). θn : GLn $ g %−→ Ad(In)tg−1 ∈ GLn, In :=Ö
1 −1 ... (−1)n−1è
. G(R) = Gn(R) := ˜Gε(R) ={g ∈ GLn(E ⊗F R) | gIntσ(g) = In}, R ∈ AlgF. ( 形式 (v, v') := vIntσ(v') 群)線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理 例 6 (続 ) l := [n/2] . 極大放物型部分群 Pr = MrUr ⊂ G (1 ≤ r < l, n0 := n − 2r) G(F ) 共役. Mr =
®
mr(a; g) :=Ç
a g εr(a)å!!
!!
!
a ∈ ˜Gr, g ∈ Gn0´
, Ur =
1
1r b c − (−1) n−r 2 bIn0tσ(b)Ir 1n0 (−1)n−rIn0tσ(b)Ir 1r2!!
!!
!!
b ∈ RE/FMr,n0 c = (−1)n−r+1Ad(Ir)tσ(c) ∈ RE/FMr
極小放物型部分群 上三角 Borel 部分群 B0 = T0U0 G(F ) 共役. T0 n 奇数 d(a1, . . . , al; t) := diag(a1, . . . , al, t, σGm(al)−1, . . . , σGm(a1)−1), 偶数 d(a1, . . . , al) := diag(a1, . . . , al, σGm(al)−1, . . . , σGm(a1)−1) (a ∈ R G , t ∈ G ) .線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理
分裂成分
AG ; ZG0 分裂成分 分裂成分 (G 分裂成分)X(G) $ χ %−→ χ|AG ∈ X(AG) gives X(G)⊗ Q ∼= X(AG)⊗ Q,
aG := Hom(X(G),R), a∗G := X(G) ⊗ R (互 双対) M ∈ L 対 次 可換: X(G) −−−−−→ X(A制限 G) 制限
4
5
制限 X(M ) −−−−−→ X(A制限 M) !=⇒ a∗ G ⊂ a∗M, aG " aM 直和因子: aM = aG ⊕ aGM, a∗M = a∗G ⊕ aG,M∗, (互 双対), aGM := (a∗G)⊥ ⊂ aM, aG,M∗ := (aG)⊥ ⊂ a∗M.線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理
制限
M ∈ L, ΣM := {α 7= 0, ∈ X(AM) | α !→ (Ad|AM, g)}P = M U ∈ P(M), ΣP := {α ∈ X(AM) | α !→ (Ad|AM, u)}, u := Lie U.
命題 8 1 Σ0 := ΣM0 ⊂ X(A0) (被約 限 ) 系 .特 集合 Σ∨0 = {α∨ | α ∈ Σ0} ⊂ X∗(A0) 定 . 2 P0 ∈ P(M0) 関 ΣP0 内 単純 集合 ∆P0 ∆∨P 0 := {α∨ | α ∈ ∆P0} aG,0 ∗ = aMG,0∗ aG0 := aGM0 基底 . P = M U ⊃ P0 = M0U0 対 ∆P := {(α0|AM) | α0 ∈ ∆P0 $ ∆P0∩M} ⊂ ΣP “単純 ” 集合 α∨ := [α∨0 ∈ aM0 ⊕ aGM aGM 成分], (α = (α0|AM) ∈ ΣM, α0 ∈ Σ0 := ΣM0) a+P := {X ∈ aM | α(X) > 0, α ∈ ∆P}, +aP := aG ⊕
6
α∈∆P R>0α∨, a∗,+P := {λ ∈ a∗M | α∨(λ) > 0, α∨ ∈ ∆∨P}, +a∗P := aG ⊕6
R>0α線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理 例 7 G = GL3. (P0, M0) := (B3, T3). ∆P0 = {α1 = '1 − '2, α2 = '2 − '3}. ( , ) ; a0 = aT3 上 Ω(T3) 不変内積 (i.e., ('i, 'j) = δi,j) ;αi; = √ 2, (α1, α2) = −1 ,aG 0 右 図 . 例 分 a+P 0 =
7
P0⊂P ⊂G a+P 一般 a+P =7
P⊂Q⊂G a+Q +a P ⊃ a+P 成 立 . Figure : GL3線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理 例 8 例 6 記号 G = G3 例 6 .δ ∈ E× s.t. TrE/F(δ) = 0 固定 .
M0 = T0 = {diag(a, t, σ(a)−1) | a ∈ RE/FGm,E, t ∈ G1},
A0 = {diag(a, 1, a−1) | a ∈ Gm}, X(A0) = Z', g(F ) =
®Ç
z b cδ b' uδ σ(b) c'δ σ(b') −σ(z)å!!
!!
!
z, b, b' ∈ E, c, c', u ∈ F´
!=⇒ Σ0 = {2α, α, −α, −2α}, α := ' BC 型 (非被約) 系 gα(F ) 2 E, g2α = δF.線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理
L
群
仮定 G 準分裂, (F 上定義 ) Borel 対 (B0, T0) 持 . !=⇒ ∃splG = (B0, T0,{Xα}α∈∆(B0,T0)) ; F 分裂 (Γ := Gal( ¯F /F ) 安定分裂) Γ ! X∗(T0) !=⇒ ρG : Γ → Aut(RD(splG)) = Aut(RD(G)) ; 作用 ˆ G ; Langlands 双対群,splGˆ = (B, T , {Xα∨}α∨∈∆(B,T )) ; 分裂 固定 !=⇒ρG : Γ −→ Aut(RD(G)) = Aut(RD( ˆG)) −→ Stab(spl∼ Gˆ, Aut( ˆG)) L 作用
LG := ˆG% ρG WF G L 群, ρG : WF !→ Γ ρG → Aut( ˆG) 注意 9 ( 局所 Langlands 対応) T ; !=⇒ ˆT = X∗(T )⊗ C× 作用 ρT 位相的 WF 加群. H1cont(WF, ˆT ) ∃!自然 同型 ∼ −→ Irr T (F )
線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理 例 9 例 6 G = Gn. 例 2 同型 例 2 αGLn : ˜GE −→ GL∼ n,E2 , αGLn(RE/Fθ) = θ × θ GE = ˜GεE !→ ˜GE 合成 β : GE −→ {(g, θ∼ n(g)) | g ∈ GLn,E} pr1 ∼ −→ GLn,E. ˆ G = GLn(C), splGˆ = (Bn(C), Tn(C), {Ei,i+1}1≤i≤n−1). 次 αGLn(σ)(g1, g2) = (σ(g2), σ(g1)) ,β(σ)(g) = θn(σ(g)), g ∈ GLn(E). σ('i)(diag(t1, . . . , tn)) = σ ◦ 'i ◦ β(σ−1)(diag(t1, . . . , tn))
=σ
.
'i(diag(σ(tn)−1, . . . , σ(t1)−1))/
= 'n+1−i(diag(t1, . . . , tn))∴ LG = GL
n(C) %ρG WF, ρG(w) =
ß
id w ∈ WE
線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理
複素
A
Gˆ HG : G(F ) → aG ; 準同型 次 定 : +χ, HG(g), = log |χ(g)|F, χ ∈ X(G), g ∈ G(F ). G(F )1 := kerHG ⊂ G(F ), aG,F := imHG ⊂ aG ; Z 格子 a∗G,F := {λ ∈ a∗G | λ(aG,F) ⊂ Z} 双対格子 !=⇒ AGˆ := a∗G,C/2πia∗G,F $ λ %−→ e" λ(HG(·)) ∈ Irr(G(F )/G(F )1) ; 同型 M ∈ L , ˆAG $ χ %−→ χ|M (F ) ∈ ˆAM ; C 埋 込 L 群 関係.Z0ˆ G dual ←→ DG := G/Gder, AGˆ = (ZΓˆ G) 0. 例 10 ˜G = RE/FGLn 例 6 , X( ˜G) = ZNE/F(det).
Aˆ˜
G = C
¿
Z 2πi
log qE $ λ %−→ exp(λ log | det(·)|E) ∈ Irr( ˜G(F )/ ˜G(F )
線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理
極大
部分群 分解定理
B(G/F ) =8
g∈G(F ) App(Ad(g)A0) ; G(F ) Bruhat-Tits # G(F ) App(A0) ; A0 (a0 空間), s ∈ App(A0) ; 点 !=⇒ K := Stab(s, G(F )) ; A0 位置 極大 部分群 注意 実簡約群 場合 違 ,A0 位置 極大 部分群 G(F ) 共 役類 一 . 定理 10 1 ∀P ∈ F 対 ,岩澤分解 G(F ) = P (F )K 成 立 . 2 M0(F ) ∩ K = M0(F )1 ,Cartan 分解 G(F ) =7
a∈H0−1(−a+P0)/M0(F )1 KaK 成 立 .記号:H0 = HM : M0(F ) → a0 例 7線型代数群 代数閉体上 簡約群 p 進簡約群 放物型部分群 制限 L 群 極大 部分群 分解定理 例 11 G := 不分岐二次拡大 E/F 付随 G2 例 6 E× = O×E × .FZ , NE/F(OE×) = OF×, NE/F(.ZF) = .2FZ. K := G(F ) ∩ GL2(OE), K' :=